压力受控的墨水输送系统的制作方法

专利名称：压力受控的墨水输送系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的墨盒和一种保持墨盒压力的压力控制系统。
背景技术：
为了提高打印速度和打印质量或分辨率，一直在对喷墨技术作改进。一种提高打印速度和质量的方式是增加喷墨打印头中喷嘴孔的数目和减小喷嘴孔的直径。不过，打印速度和质量上的改进通常会产生质量更低、速度更慢的打印机所不曾遇到的操作问题。
在喷墨打印机中，墨水从墨盒或供墨槽被提供给打印头。墨水从墨槽通过一根连接管、从墨盒通过一个墨水通道流到一个半导体芯片内或半导体芯片的边缘四周，然后流进墨流通道和一个墨水腔中。该墨水腔在轴向上与相应的喷嘴孔和限定在半导体芯片表面上的加热电阻器对齐。当将电脉冲能量作用到加热电阻器上时，邻近电阻器的墨水就被加热，并且形成从喷嘴孔喷射到打印介质上的墨水气泡。通过选择性地启动打印头上的许多加热电阻器，墨点的图案便被施加到打印介质上以形成图像。
打印过程的一个重要方面是控制流向打印头的墨水供应。如果供墨盒中的压力太高，墨水就会在加热电阻器启动之前自由地从打印头中溢到打印介质上。如果供墨盒中的压力太低，打印头上的墨水通道和腔室将不会被补充得足够快。如果墨水腔室和通道没有被补充得足够快，就会缺少墨点或者必须降低打印速度，以允许有补充墨水腔墨水的时间。而且，当从墨盒使用墨水时，墨盒中的压力就会减小到抑制墨盒中的残留墨水流到打印头上的位置。因此，当打印头上喷嘴孔的数目增加且孔的直径减小时，保持供墨系统中预定的供墨压力就变得更加关键。
有两种保持流向打印头的墨水供应的基本方法。第一种方法使用孔状毛细元件比如浸透墨水的泡沫，并形成了受控制的向着打印头的墨水流动。第二种方法使用隔膜或膜盒以在墨盒内的墨水上形成压力或背压。相对于使用浸透墨水的泡沫而言，使用隔膜或膜盒能使墨盒充满液体墨水。因此，就输送到打印头上的相同的墨水容积而言，墨盒可制作得小一些。使用隔膜或膜盒来控制压力的较小墨盒的一个弊端在于，保持墨盒体制造过程中的容限变得更加困难。
为此，需要提供一种改进的压力受控的供墨系统，其保持供墨盒中的预定压力，这样就可在供墨盒的使用期中将足够的墨水供应给打印头。

发明内容
考虑到上述和其他目的和优点，本发明提供了一种喷墨打印机的墨盒，该墨盒包括一个主体部分，该主体部分具有基本上连续的侧壁周边，其从基本上为平面的第一侧板部分延伸。一个包含墨水的空腔由第二侧板部分、该侧壁周边和第一侧板部分限定。一个呼吸器(lung)型压力调节器位于该空腔内并具有至少一个呼吸器构架壁，该呼吸器构架壁在空腔内相对于空腔侧壁成一角度以促进空腔内的气体形成。
另一方面，本发明提供了一种制造喷墨打印机供墨盒的方法。该方法包括注入成型一种热塑材料的基本上为矩形的主体，该主体包含限定一开口腔的侧壁和第一侧板。注入成型与该矩形主体第一侧壁成一体的一个气泡发生器和一个供墨口，该气泡发生器和供墨口与该腔室流体相通。还注入成型一个与该主体为一体的呼吸器型压力调节器，这样该压力调节器位于该矩形主体的腔室内并具有至少一个邻近该气泡发生器的呼吸器构架壁，该构架壁相对于该第一侧壁成一角度以促进该腔室内的气泡形成。还用该热塑材料注入成型第二侧板，并将该第二侧板固定到该矩形主体上以限定一个含有墨水的封闭腔室。
又一方面，本发明提供了一种喷墨打印盒，它包括一个基本上为矩形的主体，该矩形主体具有限定一墨水腔的侧壁和连接在该侧壁上的第一和第二侧板。墨水位于该墨水腔中。一个气泡发生器位于该矩形主体的至少一个侧壁中，且一个压力调节器位于该墨水腔中用来调节腔中的墨水压力。该压力调节器包括至少一个构架壁，该构架壁相对于包含气泡发生器的矩形主体的侧壁成一角度以促进墨水中的气泡形成。
本发明的一个重要特征是压力调节器，比如一个呼吸器，其具有一个位于墨盒主体空腔内的呼吸器构架，其中，该呼吸器的构架具有促进空腔内气泡形成的表面。例如，具有相对于该主体空腔成一角度的呼吸器构架的呼吸器具有很多优点。倾斜呼吸器的一个优点在于，限定呼吸器构架的侧壁促进气泡的形成和流动，这样气泡就不会仍然紧紧靠近气泡发生器，而是行进到主墨水腔中。另一个优点在于，墨盒体侧壁的弯曲变形会降至最小或减小，因为成型期间在接近墨盒侧壁的地方仅对呼吸器构架进行一小部分的热加工。又一个优点在于，墨水腔中增大了空间以插入一个供墨口的止回球阀。墨水腔还包含用于墨水液面传感器的足够空间。进一步的优点在于，任何进入呼吸器腔的墨水都被推动着更容易地沿着倾斜构架壁从该腔室中排出来。
附图的简要说明当结合附图考虑时通过参照详细的说明将明显地看出本发明的其它优点，附图未按比例绘制，相同的参照标号表示各图中相同的元件，其中

图1是本发明墨盒体的内部透视图；图2是本发明墨盒体的外部透视图；图3是与本发明墨盒体一起使用的打印头体的顶部透视图；图4是本发明墨盒的第二侧板的内部透视图；图5是本发明墨盒的一呼吸器的透视图；图6是本发明墨盒的一呼吸器的横剖图。
优选实施例的详细说明参见图1和2，提供了一个基本上为矩形的墨盒体10，它含有容纳墨水的内部空腔12。墨盒体10具有第一、第二、第三和第四侧壁14、16、18和20，从而限定了腔12的周边。侧壁14-20各自与第一侧板部分22相连。侧壁18可包含一个把手或优选包含隆脊24和26，其朝向侧壁18的相对端28和30，用于从打印头体31(图3)上插入和取下墨盒体10。侧壁18优选为弧形，从而使侧壁20的长度大于侧壁16的长度。侧壁20还优选含有卡爪32，用于将墨盒体10装在喷墨打印机的打印头体31上。
盒体10的侧壁16优选包含许多交错的舌片，比如舌片34、36和38，它们可以被卸下来以提供墨盒相对于其在打印头体31上的正确位置的标识。当从侧壁16切下或断开多个舌片来限定一个含有对应于打印头体31(图3)的墨盒槽39、41或43上的键合通道33、35或37的舌片34、36或38的墨盒时，舌片34、36或38可以被卸下。一个类似于墨盒体10的宽墨盒体优选不包含可拆卸的舌片，它可插入到打印头体31上的墨盒槽45内。
再次参见图1，一个包括孔42和球44的气泡发生器40被安置在矩形墨盒体10的第一侧壁14中。气泡发生器40的孔42与墨盒体10的内部空腔12流体相通。孔42形成了一个气泡发生器40的通气口。
空腔12充满墨水后，优选通过如下所述的供墨口94将减压或背压作用到腔12上，从而在腔12与喷墨打印头之间形成预定的压差。当墨水通过打印头喷射出时，腔12内的墨量减少。当腔内的墨量减少时，压力调节器98就维持腔12内的预定压力，该压力调节器98优选是一呼吸器，将在下面参照图5和6详细描述。压力调节器98还帮助补偿因温度、打印机内的周围压力或墨盒环境等引起的墨水腔12内的压力变化。
为了将墨水腔12内的压力保持在预定的最小压力之上，气泡发生器40被选择用来将气流导入腔12，同时防止墨水流出腔12。进入腔12的气流泡流过墨水并在墨水液面之上聚集在腔12的上部中。这样，腔12内的压力就维持在预定的最小压力之上。在许多应用场合下，预定的最小压力或背压为约-12至约-24厘米(cm)的水。
插在孔42内的球44的直径在约1毫米至约5毫米之间，优选约3毫米，且优选由与墨盒体10内的墨水相兼容的抗腐蚀材料制成。这样的抗腐蚀材料包括但不限于玻璃、陶瓷、不锈钢、碳氟聚合体等类似材料。大多优选的材料是不锈钢。
本发明的一个显著方面涉及压力调节器的构造，比如为一个呼吸器，其具有一个呼吸腔66，该呼吸腔66由呼吸器构架壁70、72、74和76，以及位于由呼吸器构架壁70、72、74和76围住的区域内的第一侧板22的一部分限定。至少一个呼吸器构架壁优选具有一个表面，比如邻近气泡发生器40的呼吸器构架壁70的表面，其促进内部空腔(图1)内的气泡形成。呼吸器构架壁70优选相对于与墨盒侧壁14平行的轴倾斜，从而由墨盒侧壁16及墨盒侧壁20地逐渐增大呼吸器构架壁70与墨盒侧壁14之间的间隙。
通过使用具有倾斜呼吸器构架壁70的呼吸器结构，带来了许多优点。一个优点在于，因为构架壁70与孔42不接近，所以当气体通过气泡发生器40的孔42流进腔12内时，对气泡形成的抑制作用较小。气泡形成的较小抑制作用使得腔12内的压力控制范围较大。
另一个优点在于，呼吸器构架壁70、72、74和76与墨盒侧壁14、16、18和20之间有更多的空间来加工，用于形成墨盒侧壁14、16、18和20及呼吸器构架壁70、72、74和76。增加的加工空间使得侧壁14、16、18和20的空腔面的冷却率提高，反过来也就减少了墨盒侧壁14、16、18和20的弯曲变形，该弯曲变形是由贯穿壁材料厚度的冷却不均引起的。通过减少侧壁14、16、18和20的弯曲变形，提高了在第二侧板78(图4)与焊接凸缘(welding ledge)80之间形成气液密封的能力，焊接凸缘80围绕着墨盒体10的周边，墨盒体10由墨盒侧壁14、16、18和20的边缘限定。
呼吸器构架壁70的倾斜结构还具有引导可能已朝着孔64流进呼吸腔66的墨水或其它液体的功能，因而提高了液体或墨水从腔66的排出率。因而优选将孔64定位在腔66的顶部区域，该区域由图1中所示的构架壁70和72的交叉部分限定。
呼吸器构架壁70倾斜定向的另一个优点是在墨盒侧壁14和16与呼吸器构架壁70和72之间分别形成了区域84和82。区域84优选具有足够的大小来提供一个用于止回球阀装置的止回球阀支承结构86。支承结构86优选包括圆形边缘88，并适于在通过凸起部96、隔膜97和相连的孔94卸下和插入针阀组件95(图3)的供墨针时，在通过孔94朝向和远离包含弹性隔膜97的凸起部96的线性方向上引导球阀90和用于球阀90的推动装置。用于密封凸起部96的隔膜97包括用多种天然和合成橡胶材料制成的隔膜。使用期间，供墨针与球阀90相接触，从而使球阀90从隔膜97上收回，因而使墨水能够通过针从腔12流到打印头体31(图3)上相应的打印头中。随着针从凸起部96上移出，球阀90被弹簧92推向隔膜97，这样球阀90又封住隔膜97，以防止墨水在墨盒体10没有与打印头体31相连时从中流出。
球阀90和弹簧92优选由斥墨的材料构成。这样的材料包括但不限于玻璃、陶瓷、碳氟聚合体和金属。对于球阀90和弹簧92来说，特别优选的材料是不锈钢。
返回来参见图1，腔12内的区域82给液面传感器提供了一个适当的位置，该液面传感器用于检测墨水腔12内剩余的墨量。如果呼吸器构架壁72充分平行于墨盒侧壁16，构架壁72与墨盒侧壁16之间的距离对于许多常与墨盒一起使用的墨水液面传感装置来说是不够的，比如磁性液面传感器、光反射液面传感器、超声波液面传感器、浮动式液面传感器等。
虽然主要相对于基本上为矩形的呼吸腔66描述了倾斜的呼吸器构架壁70的上述优点，但是用基本上为圆形、椭圆形、三角形或其它多边形状的构架壁也可以获得相似的结果，假定在从墨盒侧壁16移动到墨盒侧壁20时，构架壁70与墨盒侧壁14之间的间隔逐渐增加。
现在将参照图5和图6描述呼吸器型压力调节器98的特征。呼吸器98包括呼吸腔66，其由呼吸器构架壁70、72、74和76(图1)和位于构架壁70、72、72和76限定区域的第一侧板22的一部分限定。一种有弹性的柔性聚合材料100被附在由构架壁70、72、74和76限定的外围边缘102上。该柔性聚合材料100可选自与形成墨盒体10的材料和墨盒中的墨水相兼容的薄膜，以及适于将其焊接或粘附到构架壁70、72、74和76上的薄膜。一种特别优选的柔性聚合材料100为一种共聚聚丙烯材料，可从商品名为CPP40的北卡罗来纳州Raleigh的Triangle Plastics得到。该共聚聚丙烯材料优选用一种粘合剂层压，可从商品名为3M845的明尼苏达州Minneapolis的Minnesota Mining and Manufacturing Company得到。
在将聚合材料100热接合(heat staking)到构架壁70、72、74和76上后，材料100被加热，同时通过排气孔64或104将低压作用在呼吸腔66上，从而使材料100紧贴于呼吸腔66。通过在将低压作用到呼吸腔66的同时加热材料100，已发现，减少了皱折并提高了压力调节器98的压力响应。在用墨水填充空腔12之前，将一活塞元件106和推动元件108插到构架壁70、72、74和76周边内的空腔12中，从而将聚合材料100推向第一侧板部分22。接着将第二侧板78附到墨盒体10的第一、第二、第三和第四侧壁14、16、18和20上。将球44插到气泡发生器40(图1)的孔42中，且将粘合膜贴到孔42和64上以密封连接孔42和64的孔和通道110。接着使空腔12充满墨水，且将低压作用到腔12上。
尽管在腔12中使用倾斜的压力调节器98，但因为采用注入成型工艺来形成墨盒10，所以侧壁14、16、18和20(图1)仍会轻微地翘曲或弯曲。为了抵消侧壁14、16、18和20弯曲或翘曲的倾向，第二侧板78适于包含推动元件118(图4)，其优选位于第二侧板78上的预定位置上。推动元件118优选是直立的、基本上为矩形的舌片，包含有削边如棱边122，其有助于向外推动侧壁14、16、18和20，从而保持许多侧壁14、16、18和20以减少侧壁的向内弯曲，用来将焊接突起124密封焊接到墨盒体10的焊接凸缘80(图1)上。侧板78上示出了5个推动元件118，不过侧板78可在需要时且根据墨盒体10的侧壁14、16、18和20的长度包含更多或更少的推动元件118。
第二侧板78的另一个部件是凸壁120，其位于焊接突起124的内部并防止焊接突起124在处理第二侧板78期间受损。对焊接突起124的保护是需要的，因为焊接突起124相对薄，且在被外物撞击或受其他碰撞时容易损坏。焊接突起124形成了一个将第二侧板78超声波焊接到墨盒体10的焊接凸缘80上的部位。或者，可在无焊接突起124时将一种粘合剂涂抹到凸缘80或第二侧板78上，从而使侧板78粘附到墨盒体10上。需要通过焊接或粘合剂来在墨盒体10与板78之间形成气液密封，从而避免墨水渗漏、液体墨水成分的蒸发和/或腔12内不期望发生的压力变化。
侧板78的另一方面是导向元件126，其包括一个导杆128和一个止动元件130。导杆128与支承结构86(图1)的两部分之间间隔开，以便在导杆128与支承结构86的圆形边缘88之间保持球阀90和弹簧92。止动元件130给弹簧92提供了一个止动器，这样弹簧92就可在球阀90上施加推动阻力，从而在墨盒体10不连在打印头体31上时密封孔94。
相对于墨盒体10和第二侧板78，除了球44、球阀90、弹簧92、柔性聚合材料100、活塞元件106和推动元件108外，上述的所有部件都被模制到墨盒体10和侧板78中。因此，墨盒体10和侧板78优选由选自热塑材料组合的材料模制成型，包括但不限于聚苯醚/聚苯乙烯合金、聚丙烯、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯三元共聚物、聚苯乙烯/丁二烯合金或共聚物、聚醚酰亚胺、聚砜、聚酯等。尤其优选的墨盒体10和侧板78的材料是一种聚丙烯材料，其熔体流速根据ASTM D-1238为约每10分钟12克，其密度根据ASTM D-1505为约0.9克/立方厘米，可从商品名为P4G4B-036的新泽西州Woodbury的Huntsman Polypropylene Corporation得到。
虽然已描述了本发明的各个方面和实施例及其多项优点，但对于本领域的普通技术人员来说，应该认识到，本发明可具有多种落在所附权利要求精神和范围内的改型、置换和修改。
权利要求
1.一仲喷墨打印机的墨盒，该墨盒包括一个主体部分，该主体部分具有从基本上为平面的第一侧板部分延伸的基本上连续的侧壁周边，一个由第二侧板部分、该侧壁周边和第一侧板部分限定的含有墨水的空腔，一个呼吸器型压力调节器，该压力调节器位于该空腔内并具有至少一个呼吸器构架壁，该呼吸器构架壁在空腔内相对于第一侧壁成一角度以促进空腔内的气体形成。
2.如权利要求1所述的墨盒，其特征在于，该压力调节器是一个基本上为矩形的装置，其被安装在该主体部分的第一侧板部分上并具有足以在所述空腔内形成预定背压的尺寸。
3.如权利要求2所述的墨盒，其特征在于，该呼吸器构架壁相对于与该主体部分的第一侧壁平行的轴成约5-约20度的角。
4.如权利要求1所述的墨盒，其特征在于，该压力调节器是一个基本上为椭圆形的结构，其具有连接在该主体部分的第一侧板部分上的弯曲直立构架壁，并具有足以在所述空腔内形成预定背压的尺寸。
5.如权利要求1所述的墨盒，还包括一个连在该主体部分的第一侧壁上的供墨口，以及一个止回球阀和球推动元件，以在未将墨盒装在喷墨打印机上时密封供墨口。
6.如权利要求1所述的墨盒，还包括许多可去除的舌片，其连接在该主体部分的第二侧壁上，从而使舌片位于空腔的外部。
7.如权利要求1所述的墨盒，其特征在于，该第二侧板部分还包括在空腔内从其中悬垂的突起，以减少该主体部分侧壁的内部弯曲。
8.一种制造供墨盒的方法，该方法包括用一种热塑材料注入成型一个基本上为矩形的主体，该主体包含限定一开口腔室的侧壁和第一侧板；注入成型与该矩形主体第一侧壁成一体的一个气泡发生器和一个供墨口，该气泡发生器和供墨口与该腔室流体相通；在该矩形主体的腔室内注入成型一个呼吸器型压力调节器，该压力调节器具有至少一个邻近该气泡发生器的呼吸器构架壁，该构架壁相对于该第一侧壁成一角度以促进该腔室内的气泡形成；用该热塑材料注入成型第二侧板；将该第二侧板固定到该矩形主体上以限定一个含有墨水的封闭腔室。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该第二侧板通过粘合剂附在该矩形主体上。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该第二侧板通过超声波焊接附在该矩形主体上。
11.一种喷墨打印盒，它包括一个基本上为矩形的主体，该矩形主体具有限定一墨水腔的侧壁和连接在该侧壁上的第一和第二侧板，安置于该墨水腔中的墨水，一个位于该矩形主体的至少一个侧壁中的气泡发生器，以及一个位于该墨水腔中用来调节腔中墨水压力的压力调节器，该压力调节器具有至少一个构架壁，该构架壁相对于包含气泡发生器的矩形主体的侧壁成一角度以促进墨水中的气泡形成。
12.如权利要求11所述的喷墨打印盒，其特征在于，该压力调节器包括一个基本上为矩形的腔室，其由墨盒第一侧板的一部分和连在该第一侧板上的直立构架壁限定，从而形成一个开口腔室。
13.如权利要求12所述的喷墨打印盒，其特征在于，该压力调节器还包括一个基本上不透气的柔性聚合件，该聚合件密封地附在与第一侧板相对的直立构架壁的边缘上。
14.如权利要求13所述的喷墨打印盒，还包括一个推动元件，该推动元件邻近该聚合件位于聚合件与该喷墨打印盒的第二侧板之间，以将该聚合件推向第一侧板。
15.如权利要求12所述的喷墨打印盒，还包括一个连在该矩形主体至少一个侧壁上的供墨口，以及一个止回球阀和球推动元件，以在未将墨盒装在喷墨打印机上时密封供墨口。
16.如权利要求12所述的喷墨打印盒，还包括许多附在该矩形主体侧壁上的可去除的舌片，从而使舌片位于墨水腔的外部。
17.如权利要求12所述的喷墨打印盒，其特征在于，该第二侧板还包括在墨水腔内从其中悬垂的突起，以减少该矩形主体侧壁的向内弯曲。
全文摘要
一种喷墨打印机的墨盒，该墨盒包括一个主体部分(10)，该主体部分具有从基本上为平面的第一侧板部分(22)延伸的基本上连续的侧壁周边(14、16、18、20)。一个含有墨水的空腔(12)由第二侧板部分(78)、该侧壁周边和第一侧板部分限定。一个呼吸器型压力调节器(98)位于该空腔内并具有至少一个呼吸器构架壁(70、72、74、76)，该呼吸器构架壁在空腔内相对于空腔侧壁成一角度以促进空腔内的气体形成。
文档编号B41J2/175GK1419497SQ01807140
公开日2003年5月21日 申请日期2001年2月22日 优先权日2000年2月23日
发明者史蒂文·R·康普林 申请人:莱克斯马克国际公司